Ứng dụng mạng truyền thông RS-485 điều khiển nhà thông minh

“Ứng dụng mạng truyền thông RS-485 điều khiển nhà thông minh

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN1.1 Đặt vấn đề.

Trong cuộc sống hiện tại, khoa học kỹ thuật phát triển rất nhanh, những công

cụ ra đời sẽ giúp giải phóng sự lao động trí óc: nghiên cứu, cải tiến, sáng tạo Chỉ tiêu của khoa học kỹ thuật là làm sao nâng cao được chất lượng và hiệu suất công việc, hầu như công nghệ tự động ra đời là đáp ứng nhu cầu đó Cho nên, chúng em đã nghiên

cứu về đề tài “Ứng dụng mạng truyền thông RS-485 điều khiển nhà thông minh ”

Các kít vi điều khiển này có thể hoạt động hoàn toàn độc lập theo một chương trình lập sẵn Bên cạnh đó, chúng còn có thể được giám sát và điều khiển các thiết bị trong từng phòng thông qua gởi lệnh đến đúng kít vi điều khiển cần điều khiển để thi hành lệnh

đó Ngoài việc điều khiển các thiết bị dùng điện trong phòng, ta còn có thể đảm bảo

an ninh cho từng phòng bằng hệ thống phát hiện cháy, phát hiện trộm bằng cảm biến quang, bảo vệ bằng mật mã

Một chuyên gia về công nghệ nhà thông minh ( Home Automation ) – Kenne P.Wacks – đã viết một bài báo giới thiệu về ngôi nhà thông minh như sau:

“ Hơn 6 năm qua, một công nghệ mới gọi là công nghệ nhà thông minh đã được nghiên cứu và phát triển Công nghệ này sẽ tạo nên một thế hệ mới của các thiết bị cung cấp cho người dùng chúng Những công nghệ trước đó cùng với khái niệm ngôi nhà thông minh sau này sẽ tạo nên những sản phẩm và loại hình dịch vụ mới mẻ trong tương lai Một số ít các công ty đang giới thiệu về ngôi nhà tự động Một vài công ty lớn và các viện nghiện cứu đang thăm dò công nghệ mới nhưng đầy tiềm năng này

Mạng truyền thông trong nhà sẽ cung cấp những cơ sở hạ tầng để liên kết các thiết bị cảm biến, bộ điều khiển và bảng điều khiển trong nhà Điều này sẽ trở nên khả thi bằng cách tạo ra sự phát triển công nghệ truyền thông trong những ngôi nhà tự động

Trong ngôi nhà thông minh từ “thiết bị” không chỉ đề cập đến các dụng cụ trong nhà bếp, thiết bị video/audio, các hệ thống có thể dịch chuyển , các thiết bị chiếu sáng,

thiết bị sưởi ấm, làm lạnh, hệ thống an ninh Công nghệ này sẽ bật đèn xanh cho các công ty nghiên cứu cho ra đời những sản phẩm và hình thức dịch vụ mới Các sản phẩm này sẽ có chung điểm tương đồng nào đó hay là những thuộc tính tương tự nhau Các thuộc tính đó là:

Ø Vai trò của các thiết bị trong nhà thông minh: Hầu hết các thiết bị trong nhà đều có vỏ bằng nhựa hay kim loại Một vài thiết bị vận hành độc lập với các thiết bị khác Tuy nhiên cũng có những dụng cụ cần có một thiết bị khác điều khiển nó Các thiết bị trong ngôi nhà thông minh đều có thể truyền dữ liệu Ta sẽ nhóm các thiết

bị này lại chung một nhóm Ví dụ: hệ thống an ninh, hệ thống Audio/Video Trong tương lai các hệ thống này có thể cho phép máy giặt hay máy rửa chén yêu cầu bộ phận nung nóng nước, chuẩn bị nước nóng khi chúng cần đến

Ø Sự hợp nhất các chuẩn truyền thông: các thiết bị trong tương lai đều có một chuẩn truyền thông chung, có cùng dây nối đặc biệt Tiêu chuẩn của ngôi nhà thông minh là sẽ làm nhẹ bớt đi công việc của các nhà sản xuất về việc phải sáng chế ra giao thức truyền thông và cung cấp các đường dây dẫn dữ liệu

v Yêu cầu của đề tài mà chúng em được giao:

- Xây dựng mạng truyền thông RS485

- Mạch động lực điều khiển thiết bị điện dùng vi điều khiển

cả quá trình sản xuất

- Ở một cấp cao hơn, các trạm vận hành trong trung tâm điều khiển cũng cần được ghép nối và giao tiếp với các bộ điều khiển để có thể theo giõi, giám sát toàn bộ quá trình sản xuất và hệ thống điều khiển.

- Trong truyền thông có nhiều giao tiếp được kể đến như USB, CAN, I2C, RS485, USART v.v thì RS485 được sử dụng khá rộng rãi trong truyền thông giữa các mạch trong hệ thống như trong các hệ thống Robot, điều khiển tòa nhà thông minh, hệ nhúng v.v

- Chữ RS được viết tắt từ Recommended Standard ( Tiêu chuẩn được đề nghị), RS485 là chuẩn duy nhất do EIA đưa ra mà có khả năng truyền thông đa điểm thực sự chỉ dùng một đường dẫn chung duy nhất, được gọi là Bus

1.3 Mục tiêu nghiên cứu

- Tìm hiểu và nghiên cứu mạng truyền thông sử dụng giao tiếp RS485

- Xây dựng mạng truyền thông dùng giao tiếp RS485 với các Master và slave Điều khiển giám sát ngôi nhà thông minh với các hệ thống như tự động bật đèn khi trời tối, tắt đèn khi trời sáng, hiển thị nhiệt độ môi trường, hệ thống bảo mật cho ngôi nhà, điều khiển từ xa Tất cả các hệ thống được điều khiển tự động và giám sát tại một vị trí trung tâm

- Truyền thông với khoảng cách xa Đề tài ứng dụng mạng truyền thông RS485 xây dựng hệ thống điều khiển là một ứng dụng rất thực tế và là một giải pháp cho tự động hóa, nó được ứng dụng nhiều trong thực tế như trong hệ thống robot, ngôi nhà thông minh, hệ nhúng

1.4 Phạm vi nghiên cứu

Với giới hạn của đề tài, chúng em đi sâu vào nghiên cứu những vấn đề chính sau đây:-Tìm hiểu tổng quan về mạng truyền thông công nghiệp

-Tìm hiểu cơ sở lý thuyết mạng truyền thông RS485

-Tìm hiểu vi điều khiển PIC 18F452

-Tìm hiểu về màn hình LCD, phần cứng và lập trình

-Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình và biên dịch CCS, viết chương trình và biên dịch ra file.hex nạp cho vi điều khiển PIC Viết chương trình truyền thông điều khiển, giám sát ngôi nhà thông minh.

-Chế tạo mạch, lắp ráp và thử nghiệm cho ngôi nhà hoạt động theo các chương trình đã định

1.5 Phương pháp và phương tiện nghiên cứu

Phương pháp.

- Tham khảo tài liệu: chủ yếu là các tài liệu về mạng truyền thông công nghiệp, mạng truyền thông I2C, RS485 Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình C cho vi điều khiển

- Thực nghiệm: Test chương trình và sửa lỗi trên mô hình thực tế

Phương tiện.

- Sách tham khảo, các tài liệu trên mạng

- Phần mềm eagle, phần mềm Proteus, phần mềm CCS

CHƯƠNG II: CHẾ ĐỘ TRUYỀN TẢI2.1 Truyền bit song song và truyền bit nối tiếp

v Truyền bit song song

- Truyền bit song song: phương pháp truyền bit song song được dùng phổ biến trong các bus nội máy tính, bus dữ liệu, bus địa chỉ, bus điều khiển, tốc độ truyền tải phụ thuộc vào số các kênh dẫn hay chính là độ rộng của bus song song

- VD: 8 bit, 16 bit, 32 bit hay 64 bit

- Phương pháp truyền này chỉ hạn chế ở khoảng cách nhỏ có yêu cầu rất cao

về thời gian và tốc độ truyền

Hình 2.1 Truyền bit song song

v Truyền bit nối tiếp

- Với phương pháp này từng bit được truyền đi một cách tuần tự qua một đường truyền duy nhất, tốc độ bit vì hạn chế nhưng cách thực hiện lại đơn giản, độ tin cậy của dữ liệu cao Tất cả các mạng truyền thông đều sử dụng phương pháp này

10010110

Hình 2.2 Truyền bit nối tiếp

2.2 Truyền đồng bộ và không đồng bộ

v Truyền thông bất đồng bộ ( Asynchronous communication)

Khoảng thời gian giữa hai kí tự truyền đi không cố định, mặc dù khoảng thời gian giữa hai bit liên tiếp trong một kí tự là không thay đổi nhưng khoảng thời gian giữa hai kí tự liên tiếp không phải là hằng số Sự biến thiên tốc độ này làm nảy sinh vấn đề là phải làm sao máy thu phân biệt được giữa bit 0 và không có dữ liệu

Để giải quyết vấn đề trên , người ta phát trực tiếp một bit start ngay trước một kí

tự và một hoặc hai stop bit ngay sau mỗi kí tự được truyền đi

Để kiểm tra lỗi đường truyền, người ta sử dụng bit chẵn lẻ( parity bit), tức kiểm tra tổng số bit trong 1 byte dữ liệu được truyền Phương thức này thường được sử dụng trong các máy tính PC vì tính đơn giản của nó Hạn chế của phương pháp này là tốc

độ truyền thấp do phải truyền thêm một số bit start, bit stop và bit parity

v Truyền thông đồng bộ ( Synchronous Communications):

Phương thức truyền này không dùng các bit start, stop để đóng khung mỗi kí tự

mà chèn các kí tự đặc biệt như SYN ( Synchronization), EOT (End Of Transmission) hoặc một cờ giữa các dữ liệu của người sử dụng để báo hiệu cho bên nhận biết rằng có

dữ liệu đang đến hay đã đến

Truyền đồng bộ thường được tiến hành ở tốc độ dưới 4800Bps,9600Bps hoặc thậm chí còn cao hơn Trong phương pháp này, một khi đã đồng bộ, các modem vẫn tiếp tục gởi các kí tự để duy trì đồng bộ, ngay cả lúc không phát dữ liệu Một kí tự

“idle” được gởi đi khi không có dữ liệu phát Trong phương pháp truyền đồng bộ không giống như phương pháp truyền bất đồng bộ, khoảng thời gian giữa hai kí tự luôn bằng nhau

Truyền thông đồng bộ đòi hỏi các xung clock trong máy phát và thu phải duy trì đồng bộ những khoảng thời gian dài Thời gian truyền có thể tiếp tục lâu mà không có

sự tái đồng bộ của máy thu với pha của máy phát tùy thuộc vào sự ổn định của xung clock

2.3 Truyền một chiều, hai chiều toàn phần và gián đoạn

- Một đường truyền dữ liệu hoặc làm việc theo chế độ hai chiều toàn phần hoặc 2 chiều gián đoạn

- Trong chế dộ truyền một chiều, thông tin được truyền đi theo một chiều, một trạm chỉ có thể đóng vai trò hoặc bên phát hoặc bên nhận thông tin trong suốt quá trình giao tiếp

- Chế độ truyền 2 chiều gián đoạn cho phép mỗi trạm có thể tham gia gửi hoặc nhận thông tin nhưng không cùng lúc, nhờ vậy mà thông tin được trao đổi theo cả 2 chiều luân phiên trên cùng một đường truyền vật lí

- Với chế độ truyền 2 chiều toàn phần mỗi trạm đều có thể gửi và nhận thông tin cùng một lúc Phương pháp này dùng 2 đường truyền riêng biệt cho thu phát

2.4 Kiến trúc giao thức

- Để tìm hiểu kiến trúc giao thức trước hết ta cần hiểu dịch vụ truyền thông là gì

- Vậy dịch vụ truyền thông là gì? Là một dịch vụ chứa các quy tắc, quy ước

mà các thành viên tham gia nối mạng cần có để sử dụng, các dịch vụ đó được sử dụng với các yêu cầu khác nhau như trao đổi thông tin dữ liệu, giám sát thiết bị…Các dịch

vụ truyền thông này được cung cấp bởi các nhà cung cấp hệ thống truyền thông Tất cả đều thiết lập sẵn trên các công cụ phần mềm chuyên dụng mà chúng ta cần hiểu và khai thác chúng một cách có mục đích cho một yêu cầu nào đó như trong lĩnh vực tự động hóa chẳng hạn thì được gọi là dịch vụ truyền thông

- Ta cũng có thể phân loại dịch vụ truyền thông theo các cấp độ khác nhau, như các dịch vụ sơ cấp có thể là cách tạo lập ngắt nối của một phần tử trên mạng thông thường, và các dịch vụ cấp thấp như sự trao đổi dữ liệu của các phần tử và cuối cùng các dịch vụ cao cấp một dịch vụ cao cấp luôn được hỗ trợ bởi dịch vụ ở cấp thấp hơn

nó, để thực hiện chức năng của riêng mình chẳng hạn như tạo lập cấu hình hệ thống, hay báo cáo trạng thái có thể sử dụng dịch vụ cấp dưới nó đó là dịch vụ trao đổi dữ liệu

để thực hiện, ngoài cách để trao đổi dữ liệu cũng cần cách tạo lập và ngắt nối của dịch

vụ sơ cấp Việc phân cấp dịch vụ truyền thông góp phần rất quan trọng trong việc sử dụng dịch vụ dẫn đến sự tiện lợi cho người sử dụng

2.5 Giao thức

Trong thực tiễn cuộc sống sự giao tiếp giữa người với người cũng đặt ra một yêu cầu làm sao để hiểu được ngôn ngữ của nhau Để nhận biết mục đích yêu cầu cũng như hành động trong giao tiếp, mở rộng hơn vấn đề ở đây ta nói đến sự giao tiếp cảu máy móc thiết bị cũng cần có một ngôn ngữ chung Vậy trong kĩ thuật truyền thông công nghiệp cũng như một mạng máy tính rộng lớn để có sự giao tiếp như vậy thì yêu cầu đặt ra là bên cung câp dịch vụ cũng như bên sử dụng dịch vụ phải tuân thủ những qui tắc, thủ tục nhất định trong phần giao tiếp các phần tử với nhau Việc tuân thủ

những qui ước đó gọi là giao thức Vậy giao thức chính là cơ sở cho việc sử dụng các dịch vụ truyền thông.

Một qui định chuẩn giao thức bao gồm các thành phần sau:

- Cú pháp ( Syntax): Cú pháp là một tiêu chuẩn qui định về cấu trúc của một dòng dữ liệu được sử dụng khi trao đổi cho nhau trong đó chứa đựng đầy đủ các qui định để tạo thành một gói dữ liệu hợp lệ, chẳng hạn như một gói dữ liệu phải có phần thông tin hữu ích gọi là dữ liệu, thông tin điểm đến gọi là địa chỉ, thông tin điều khiển, thông tin kiểm lỗi…

- Ngữ nghĩa ( semantic): Qui định ý nghĩa từng phần cảu gói dữ liệu, như phương pháp định địa chỉ, phương pháp bảo toàn dữ liệu, xử lí lỗi

- Định thời ( Timing): Qui định về trình tự thủ tục giao tiếp, chế độ truyền, tốc

- Giao thức cấp cao gẫn gũi với người sử dụng và thường được thực hiện bằng phần mềm, một số giao thức cấp cao là FTP, HTML dùng trong tự động hóa công nghiệp

- Giao thức cấp thấp gần gũi với thiết bị phần cứng thường được thực hiện trực tiếp trên các mạch điện tử Ví dụ: TCP/IP ( Transmission Control Protocol/ Internet Protocol) được dùng phổ biến trong internet, HART ( highway Adressable Remote Transducer) dùng trong điều khiển quá trình, HDLC (High level Data – link Control) làm cơ sở cho nhiều giao thức khác và UART dùng trong đa số các giao diện vật lí của các hệ thống bus

v Giao thức HDLC

HDLC cho phép chế độ truyền nối tiếp đồng bộ hoặc không đồng bộ Một bức điện hay còn gọi là một khung ( Frame) có cấu trúc như sau:

khiển

- Mỗi khung được mở đầu và kết thúc bằng một cờ hiệu ( Flag) với dãy bit

01111110 Dãy bit này được đảm bảo không bao giờ xuất hiện trong các phần thông tin khác qua phương pháp nhồi bit ( Bit Stuffing) , tức cứ sau một dãy 5 bit có giá trị 1 (11111) thì một bit 0 được bổ sung vào

- Ở địa chỉ tiếp theo chứa địa chỉ bên gởi và bên nhận tùy theo cách gán địa chỉ 4 hoặc 8 bit tương ứng với 32 hoặc 256 địa chỉ khác nhau, ô này có chiều dài 8 hay

16 bit

- Ở thông tin có độ dài biến thiên, cũng có thể để trống nếu như bức điện không dùng vào mục đích vận chuyển dữ liệu Sau ô thông tin là đến dãy bit kiểm lỗi FSC ( Frame Check Sequence), dùng vào mục đích bảo toàn dữ liệu

v Giao thức UART

- UART ( Universal Asynchoronous Receiver/ Transmitter) là một vi mạch điện tử sử dụng rất rộng rãi cho việc truyền bit nối tiêp cũng như chuyển đổi song song – nối tiếp giữa đường truyền và bus máy tính Nó cho phép lựa chọn giữa chế độ truyền một chiều, hai chiều đồng bộ hoặc không đồng bộ việc truyền tải được thực hiện theo từng kí tự 7 hoặc 8 bit, được bổ sung 2 bit đánh dấu đầu cuối và một bit kiểm tra chẵn

lẻ P( parity Bit)

- Bit khởi đầu Start bao giờ cũng bằng 0 và bit Sop bao giờ cũng bằng 1 Các bit trong một kí tự bao giờ cũng truyền từ bít thấp đến bit cao Giá trị bit chẵn lẻ phụ thuộc vào cách chọn.

- Nếu chon P chẵn thì P = 0 khi tổng số bit 1 chẵn

- Nếu chon P lẻ thì P = 0 khi tổng số bit 1 lẻ

- Như tên của nó đã thể hiện, chế độ truyền không đồng bộ được sử dụng ở đây, từ không có một tín hiệu riêng phục vụ cho việc đồng bộ hóa giữa bên gởi và bên nhận Dựa vào các bit đầu cuối và tốc độ truyền thông đã được đặt trước cho cả 2 bên, bên nhận thông tin phải tự chỉnh nhịp lấy mẫu của mình để đồng bộ với bên gởi

2.6 Cấu trúc mạng bus

Trước khi trình bày về cấu trúc mạng hãy xem xét khái niêm liên kết

Liên kết là mối liên hệ vật lý hoặc logic giữa hai hay nhiều đối tác truyền thông Với liên kết vật lý các đối tác là các trạm truyền thông được liên kết với nhau qua môi trường vật lý Liên kết logic có thể hiểu như sau: Đối tác truyền thông không nhất thiết phải là một thiết bị phần cứng mà có thể là một chương trình hệ thống hay một chương trình ứng dụng trên trạm nên quan hệ giữa các đối tác này chỉ là logic và tất nhiên nhiều mối quan hệ logic được xây dựng trên cơ sở mối liên kết vật lý

Các loại liên kết:

- Liên kết điểm – điểm (Point to Point) : Mối liên kêt này chỉ có hai đối tác tham gia, về mặt vật lý 2 trạm được nối với nhau bằng một đường truyền Để thực hiện một mạng truyền tin dựa trên liên kêt này sẽ là tập hợp của nhiều đường dây độc lập

- Liên kết điểm – nhiều điểm (mutil – drop ): Nhiều trạm nối chung với một trạm chủ như vậy các đối tác sẽ được nối chung vào một đường dây

- Liên kết nhiều điểm – nhiều điểm (mutil - point): Nhiều đối tác cùng tham gia và thông tin được truyền theo nhiều hướng Cũng tương tự như liên kết nhiều điểm – điểm với loại liên kết này các đối tác cùng được nối trên cùng một đường dây

Định nghĩa: Cấu trúc mạng là tổng hợp của các mối liên kết.

Cấu trúc mạng cũng hiểu là cách sắp xếp, tổ chức về mặt vật lý của mạng nhưng cũng hiểu là cách sắp xếp logic của nút mạng.

Các loại cấu trúc mạng:

v Topology đầy đủ:

Hình2.3 Sơ đồ Topology đầy đủ.

Với cấu trúc đầy đủ này thì sự giao tiếp giữa các trạm là nhanh, một đối tác bị sự

cố sẽ không ảnh hưởng đến các đối tác còn lại nhưng cấu trúc này giá thành cao do tốn kém nhiều dây dẫn

v Topology hình sao:

Hình 2.4 Sơ đồ Toplogy hình sao

Các đối tác trao đổi thông tin với nhau thông qua một trạm chủ, tuy nhiên một

sự cố của trạm chủ sẽ dẫn đến sự tê liệt của hệ thống do đó trạm chủ phải có độ tin cậy cao

v Topology vòng lặp

Hình 2.5 Sơ đồ Toplogy vòng lặp

Trong cấu trúc này các thành viên được nối với nhau tạo thành mạch vòng khép kín, tín hiệu được truyền đi theo chiều cố định Ưu điểm của phương pháp này là mỗi nút mạng có thể là bộ khuếch đại điều đó khiến cho khoảng cách đối với cấu trúc này

là rất xa Mặt khác mỗi đối tác ngăn mạch vòng làm hai phần nên khả năng xảy ra xung đột sẽ giảm do tín hiệu chỉ truyền được theo một chiều

v Topology bus

Hình 2.6 Cấu trúc Trunk – line Hình 2.7 Cấu trúc draisy - chain.

/ drop – line

Trong cấu trúc này các đối tác truyền thông được nối trên cùng một dây dẫn Với cấu trúc Daisy-chain các đối tác được nối trực tiếp vào đường truyền Còn cấu trúc Trunk-line/Drop-line thì có các dây phụ để nối các đối tác vào đường Bus chung Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản và tiết kiệm được dây dẫn

v Cấu trúc cây

Hình 2.8 Cấu trúc cây.

Cấu trúc cây là tổng hợp của nhiều liên kết với các cấu trúc như đương thẳng, sao, mạch vòng… Đây là cấu trúc thường gặp trong thực tế

2.7 Các loại môi trường truyền dẫn

v Đường hai dây hở.

Là loại môi trường truyền dẫn đơn giản, hai dây dẫn được cách ly với nhau bằng khoảng không Loại này có thể nối các thiết bị với chiều dài không lớn lắm và tốc độ truyền không quá 19.2 Kbis/s Đường dây này được ứng dụng trong truyền số liệu trong truyền số liệu giữa các DTE và DCE

Nhược điểm của loại dây này là chịu tác động của nhiễu xuyên âm, ngoài ra cấu trúc này hở khiến nó nhạy cảm với nhiễu gây ra bởi các nguồn bức xạ, đó cũng chính

là lý do khiến cho môi trường truyền dẫn này hạn chế về tốc độ và chiều dài dây dẫn

v Cáp đôi dây xoắn.

Đây là môi trường truyền dẫn có tính lịch sử trong truyền số liệu và hiện nay nó vẫn là môi trường truyền dẫn được dùng rất phổ biến Nó được phát minh cùng thời với điện thoại, và giá tương đối rẻ tiền

Cáp dây đôi xoắn có thể loại trừ tốt hơn Trong một cáp có nhiều cặp dây xoắn vào nhau Một đôi dây xoắn bao gồm hai sợi dây được quấn cách ly ôm lấy nhau và do cấu trúc như vậy mà điện trường từ của hai dấy sẽ trung hòa lẫn nhau, mặt khác dây tín hiệu và dây đặt xoắn vào nhau giúp cho tín hiệu giao thoa được cả hai dây thu nhận, không ảnh hưởng lên tín hiệu visai Chính vì vậy mà nhiễu ra môi trường xung quanh

và nhiễu âm được giảm thiểu đáng kể

Hình 2.9 Cấu tạo của cáp đôi dây xoắn

Đường dây xoắn đôi thích hợp với nhiều thiết bị điều khiển đường dây và mạch thu riêng, sử dụng tốc độ dưới 1Mb/s cho khoảng cách từ vài m đến 15Km và tốc độ truyền nhỏ hơn cho đường dây dài hơn Điển hình của cáp đôi dây xoắn là việc ứng dụng trong các hệ truyền thông sử dụng chuẩn RS485 với tốc độ thông thường là 64Kb/

s và 96 Kb/s Tuy vậy cáp đôi dây xoăn có nhược điểm là chịu ảnh hưởng của nhiễu kí sinh và hiện tượng can nhiêt (couplage) Có hai loại cáp xoắn đôi: Cáp xoắn đôi không bọc kim (UTP – Unshielded Twisted Pair) dùng rộng rãi trong mạng điện thoại và trong nhiều ứng dụng truyền số liệu Cáp xoắn đôi bọc kim ( STP – Shielded Twisted Pair), có một màn chắn để bảo vệ tín hiệu giao thoa

v Cáp đồng trục.

Hạn chế chính của cáp đôi gây ra bởi hiệu ứng bề mặt Khi tốc độ bit (cũng chính là tần số) của tín hiệu tăng lên thì luồng chảy của dòng điện chỉ trên bề mặt, do vậy sử dụng ít hơn tiết diện sẵn có, dẫn đến sự tăng lên của điện trở khi dẫn tín hiệu cao tần, làm tăng suy hao Ngoài ra ở tần số cao năng suất tín hiệu bị mất mát nhiều hơn do hiệu ứng bức xạ Vì vậy với những ứng dụng đòi hỏi tốc độ bit cao hơn 1Mbps cần phải có thiết bị thu và điều khiển tinh vi hơn hoặc sử dụng một môi trường truyền khác.

Cáp đồng trục làm giảm tối thiểu hai hiệu ứng trên Cáp có chất dẫn điện ở giữa trục và cũng bao quanh trục khoảng ở giữa hai chất dẫn điện là 1 chất cách điện có cấu trúc rắn hoặc cấu trúc tổ ong

Hình 2.10 Cấu tạo của cáp đồng trục

Chất dẫn điện ở giữa là màn chắn điện hữu hiệu với tín hiệu nhiễu bên ngoài Sự tổn hao tín hiệu rất nhỏ gây ra bởi các bức xạ điện từ và hiệu ứng bề mặt Cáp đồng trục có thể sử dụng với nhiều kiểu tín hiệu khác nhau, tốc độ điển hình là 10 Mbps.Cáp đồng trục được sử dụng rộng rãi, chế độ hoạt động có thể sử dụng dải cơ sở ( BaseBand) hoặc dải rộng (BroadBand) Với BaseBand toàn bộ hiệu suất đường truyền được dành cho một kênh thông tin duy nhất trong khi đó ở chế độ BroadBand thì dùng cho hai hoặc nhiều kênh cùng phân chia dải thông của đường truyền Chúng được minh họa bởi hình vẽ sau

Hình 2.11 Minh họa dải cơ sở và dải rộng

- Phương thức truyền dải cơ sở có thể truyền được cả tín hiệu tương tự và tín hiệu số

Khoảng cách truyền ở giải cơ sở từ 1 Km đến 3 Km tốc độ trong giải này là 1Mb/

s đến 10 Mb/s Với giải rộng khoảng cách từ 10 Km đến 50 Km tốc độ có thể lên đến

350 Mb/s Với điều chế giải rộng cáp đồng trục khá nhạy cảm với nhiễu tần số thấp, hệ

số chống nhiễu từ 50dB đến 60dB trong trường hợp điều chế giải rộng thì kém nhạy

cảm hơn hệ số chống nhiễu từ 80dB đến 100dB

v Sợi cáp quang.

Đây là loại môi trường truyền dẫn đang được sử dụng rông rãi trong công nghiệp

bởi các ưu điểm sau:

- Dung lượng truyền lớn

- Tính bảo mật khi truyền tín hiệu cao

- Trọng lượng nhẹ ( đặc biệt thích hợp với kĩ thuật hàng không)

- Khả năng chống nhiễu tốt

- Tốc độ truyền cao có thể lên hàng trăm Mb/s

- Không bị ăn mòn trong môi trường oxi hóa

Chúng ta hãy xem một số vấn đề lí thuyết trước khi xem xét sợi quang, bản chất

và các đặc trưng của sóng ánh sáng

Ø Bản chất sóng của ánh sáng.

- Ánh sáng có cường độ lớn không phải bao gồm những lượng tử năng lượng lớn mà gồm rất nhiều lượng tử lan truyền Bản chất của sóng ánh sáng bao gồm cả tính chất sóng và tính chất hạt Tốc độ lan truyền của ánh sáng trong chân không 3 108

m/s

- Khi nghiên cứu về phần tử thu quang người ta sử dụng tính chất hạt của ánh sáng Khi nghiên cứu quá trình lan truyền của ánh sáng trên sợi quang người ta lại quan tâm đến tính chất sóng của nó

Do các nguyên tử bức xạ nên pha của chúng là ngẫu nhiên do đó không thể có tính giao thoa trong một thời gian dài và người ta gọi đó là đặc tính không kết hợp của ánh sáng

Ø Nguyên lý truyền của ánh sáng

Dựa vào hiện tượng phản xạ toàn phần

- Khi n

1>n2 và αt≤α

Ø Cấu tạo của sợi quang

Cáp sợi quang gồm một sợi thủy tinh đơn cho mỗi tín hiệu được truyền nằm trong vỏ bọc ngăn sáng bên ngoài Tín hiệu ánh sáng được sinh ra bởi máy phát quang Máy phát quang thực hiện chuyển đổi từ điện sang ánh sáng Tương tự máy thu quang thực hiện nhiệm vụ ngược lại là chuyển tín hiệu từ quang sang tín hiệu điện Máy phát quang sử dụng LED hoặc ILD, máy thu quang sử dụng Diode quang hoăc transistor quang để thực hiện quá trình chuyển đổi

Hình 2.12 Nguyên lý của cáp quang

Trong sợi quang đa mode chiết suất bậc, vật liệu chế tạo vỏ và lõi khác nhau nhưng chiết suất là đồng nhất Các tia sáng do diode phát ra có góc nhỏ hơn góc tới hạn sẽ bị phản xạ toàn phần tai giao diện lõi vỏ và lan truyền dọc lõi bằng cách phản xạ toàn phần nhiều lần Các tia sáng phát ra tại diode với góc phản xạ khác nhau sẽ có thời gian truyền khác nhau, dẫn đến tín hiêu thu vào có độ rộng xung lớn hơn tín hiệu vào

và làm giảm tốc đọ bit

Ø Phân loại sợi quang.

Theo đặc tính truyền dẫn người ta phân chia sợi quang làm hai loại : Loại SM và loại MM

-Sợi SM ( Single Mode): Được hiểu là phương trình trạng thái dao động điện từ với nghiệm cao của phương trình sóng Số lượng các Mode có quan hệ với sóng điện tư đơn thỏa mãn phương trình Maxwell và điều kiện bờ lấy từ sợi cáp quang

-Sợi MM ( Multiple Modes): Được hiểu là có đồng thời nhiều mode Sợi MM có đường kính lớn hơn sợi SM Có thể hiểu Mode là các tia sáng thành phần

Theo sự thay đổi của triết suất mà người ta phân sợi quang thành một số loại sau:

- Sợi SI – MM ( Step Index – Multiple Modes)

- Sợi GI – MM ( Granded Index – Multiple Modes)

- Sợi SI – SM ( Step Index – Single Mode)

Đồ thị sau chỉ ra mối liên hệ giữa tốc độ truyền và khoảng cách truyền của cáp đôi dây xoắn, cáp đồng trục và cáp quang

Hình 2.13 Đồ thị liên hệ giữa tốc độ truyền và khoảng cách truyền của cáp đôi dây

xoắn, cáp đồng trục và cáp quang.

v Vệ tinh.

Ngoài môi trường hữu tuyến, số liệu còn có thể được truyền bằng cách dùng sóng vô tuyến qua không gian như hệ thống vệ tinh Số liệu được điều chế bởi một chùm sóng cực ngắn hình nón, phát từ mặt đất lên vệ tinh Chùm tia này được thu và truyền đến đích đã định bằng cách dùng một antenna định hướng và bộ chuyển tiếp Một vệ tinh đơn có nhiều bộ chuyển tiếp như vậy, mỗi bộ tiếp nhận một dải tần số riêng Một kênh vệ tinh điển hình băng thông lớn (500MHz) và có thể cung cấp hàng trăm kênh số liệu tốc độ cao bằng cách dùng kỹ thuật ghép kênh.

Vệ tinh dùng cho mục đích liên lạc thường là vệ tinh địa tĩnh Người ta chọn quỹ đạo của vệ tinh để cung cấp một tuyến thông tin tầm nhìn thẳng giữa trạm phát và thu

v Sóng vô tuyến tần thấp.

Sóng vô tuyến tần thấp được sử dụng ở những nơi có liên kết cố định qua một khoảng cách vừa phải bằng cách dùng máy phát và thu ở mặt đất Ví dụ, dùng để kết nối các máy tính trong thành phố với một máy phát ở xa Máy vô tuyến giữa mỗi máy tính và trạm trung tâm

Nếu ứng dụng yêu cầu khu vực bao phủ rộng lớn, cần phải sử dụng nhiều trạm gốc Khu vực bao phủ của mỗi trạm gốc bị giới hạn do giới hạn công suất phát, vì vậy mỗi trạm gốc chỉ cung cấp vừa đủ kênh phục vụ cho toàn bộ tải trọng khu vực đó Có thể đạt được vùng phủ sóng lớn hơn bằng cách sắp xếp nhiều trạm gốc theo cấu trúc tế bào.Thực tế, kích thước tế bào thay đổi và được xác định bởi các yếu tố như mật độ đầu cuối và địa thế địa phương

Mỗi trạm gốc hoạt động sử dụng một dải tần khác với trạm lân cận Tuy nhiên, vì phủ sóng của mỗi trạm gốc bị giới hạn nên có thể sử dụng lại dải tần của các vùng khác trong mạng Các trạm gốc được kết nối đến mạng cố định Thông thường, tốc độ truyền

số liệu giữa các máy tính trong một thực tế bào là 10Kbps

2.8 Các phương pháp truy nhập đường truyền.

Trong mạng truyền tin có nhiều đối tác tham gia, cần thiết phải có sự điều khiển để sao cho ở mỗi thời điểm chỉ có 1 đối tác được gửi thông tin đi, rõ ràng cần thiết phải có phương pháp thích hợp để phân chia thời gian gửi dữ liệu trên đường truyền

Việc truy nhập đường truyền liên quan đến các yếu tố sau:

- Độ tin cậy của thông tin khi truyền

- Tính năng thời gian thực

- Hiệu suất sử dụng của đường truyền

Người ta đưa ra các phương pháp truy cập đường truyền như sau:

v Phương pháp truy cập Master/ Slave.

Với phương pháp truy cập này, trạm chủ sẽ được quyền phân chia thời gian truy cập đường truyền cho các trạm tớ hình 2.13.

Hình 2.15 Phương pháp truy cập Master/Slave

Trạm chủ có thể gửi các yêu cầu tuần tự đến các trạm tớ hoặc co thể chỉ định trạm tớ bất kì theo mục đích truy nhập

Ưu điểm của phương pháp này là cấu trúc mạng đơn giản, nhưng độ tin cậy của trạm chủ phải rất cao để đảm bảo cho mạng hoạt động ổn định, mặt khác do thông tin giữa các trạm tớ đều thông qua trạm chủ khiến hiệu suất của đường truyền của phương pháp này không cao

v Phương pháp truy cập Token Passing

Cấu trúc của một token như sau:

Hình 2.16 Định dạng của một token.

Token Passing là một khung truyền có cấu trúc đặc biệt với các thông tin dữ liệu chính, nó được sử dụng như một bài thẻ trao quyền gửi thông tin cho một trạm nào đó có thẻ này Việc gửi thẻ bài được thực hiện theo một chu trình định sẵn Đối với các

mạng có cấu trúc khép kín người ta đưa ra khái niệm Token Ring Sơ đồ như sau:

Hình 2.17 Phương pháp truy nhập Taken ring.

Hình 2.18 Phương pháp truy nhập Token Bus.

Một trạm đang giữ Token không có quyền giữ thông tin đi mà có thể kiểm soát thông tin của các trạm khác Nếu thấy trạm chuẩn bị nhận Token bị lỗi nó sẽ không giữ Token cho trạm này, nếu Token không được gửi ( có nghĩa trạm Token bị lỗi ) thì một trạm nào đó sẽ tự tạo ra Token để đảm bảo hoạt động của hệ thống được thông suốt

v CDMA/CD (Carier Sense Multiple Access with Collision Detection).

Trong phương pháp này, các trạm đều được truy cập Bus mà không có một sự kiểm soát nào Nguyên tắc hoạt động được mô tả như sau:

- Mỗi trạm đều cảm nhận đường truyền (carier sense), chỉ khi đường truyền rỗi thì mới có thông tin truyền trên đó.

- Do độ trễ của sự lan truyền mà vẫn xảy ra trường hợp lặp hai hay nhiều trạm cùng đưa thông tin lên đường truyền và khi các phát các trạm này vẫn phải cảm nhận xem có xung đột xảy ra hay không ( Collision Detection)

Hình 2.19 Nhiều trạm nhận cùng gửi dữ liệu lên đường truyền

- Khi hai hay nhiều trạm cùng đưa thông tin lên đường truyền

Hình 2.20 Các thông báo bị hủy bỏ

- Chờ trong thời gian ngẫu nhiên các trạm này sẽ gửi lại thông báo

Hình 2.21 Trạm n1 gửi thông báo

Thực tế việc phát hiện xung đột được thực hiện bằng cách so sánh tín hiệu phát và tín hiệu phản hồi Trong trường hợp có xung đột thì các trạm này lập tức không phát nữa, và các trạm nhận thì không nhận được byte kết thúc của khung truyền nên coi như thông báo này bị hủy bỏ.

Ưu điểm của phương pháp này đơn giản và linh hoạt nhưng không phù hợp với các

hệ thống mạng cấp thấp do tính không ổn định về thời gian đáp ứng

v CSMA/CA (Carrier Sense Multiple with Collision Avoidance).

Phương pháp này cũng giống phương pháp CSMA/CD, nhưng chúng sử dụng phương pháp mã hóa bit thích hợp để khi xảy ra xung đột 1 tín hiệu này sẽ lấn át tín hiệu kiểm tra.Ví dụ

Hình 2.22 Nguyên lý hoạt động của CDMA/CA.

Phương pháp này ra đời đã cải thiện được tính năng thời gian thực mà phương pháp CSMA/CD gặp phải

CHƯƠNG III: CHUẨN TRUYỀN DẪN

Ngày nay trong công nghiệp cũng như trong cuộc sống chuẩn truyền thông RS232 không thể đáp ứng được nhu cầu truyền thông nữa vì đường truyền không cân bằng (các tín hiệu đều lấy điểm chuẩn là đường mass chung, bị ảnh hưởng của nhiễu tác động) do đó tốc độ truyền và khoảng cách truyền bị giới hạn (khoảng cách truyền thông tối đa 100m) Vì vậy để đáp ứng nhu cầu truyền thông công nghiệp, người ta

sử dụng chuẩn truyền thông RS485 khi cần tăng khoảng cách và tốc độ truyền thông (khoảng cách truyền thông tối đa 1200m và vận tốc truyền lên đến 10 Mbits/s) Nguyên nhân mà RS 485 có thể tăng tốc độ và khoảng cách truyền thông là do RS 485 sử dụng phương pháp truyền 2 dây vi sai (vì 2 dây có đặc tính giống nhau, tín hiệu truyền đi là hiệu số điện áp giữa 2 dây do đó loại trừ được nhiễu chung)

Mặt khác do chuẩn truyền thông RS 232 không cho phép có hơn 2 thiết bị truyền nhận tin trên đường dây trong khi đó với chuẩn RS 485 ta có thể nối 32 thiết bị thu phát trên 2 dây

Truyền dữ liệu nối tiếp, không đồng bộ là phương pháp được sử dụng chủ yếu trong các hệ thống mạng truyền thông Với phương pháp này các bit được truyền

từ bên gửi đến bên nhận một các tuần tự trên cùng một đường truyền cũng chính vì

không có một đường dây riêng biệt mang tín hiệu nhịp, nên việc đồng pha hóa thuộc trách nhiệm do bên gửi và bên nhận thỏa thuận trên cơ sở một giao thức truyền thông.

Đề tài của đồ án xuất phát từ ý tưởng sử dụng chuẩn truyền thông RS485 để điểu khiển thu thập và xử lý dữ liệu Chúng tôi sử dụng vi điều khiển master để xuất địa chỉ đến các vi điều khiển slave, vi điều khiển slave sẽ thu thập dữ liệu thông tin đã được cài đặt sẵn sau đó truyền tín hiệu trả về master

1.2 km( 4000ft)

1.2 km( 4000ft)

100Kbs/1.2km

10Mbs/12m100Kbs/1.2km

differential

Balanceddifferential

Phương thức Half – duplex Half – duplex Half – duplex

Full – duplex Full – duplex Full – duplexShort circuit

- Chuẩn RS – 232 có thể chấp nhận phương thức truyền song công

- Một trong những yêu cầu quan trọng là thời gian chuyển từ múc logic này sang mức logic khác không vượt quá 4% thời gian tồn tại của 1 bit Giả sử tốc độ truyền 19200 baud thì thời gian chuyển mức logic phải nhỏ hơn 0.04/19200 = 2.1 s Điều này làm giới hạn chiều dài đường truyền là 15m

v RS – 422A:

- Một cải tiến quan trọng của RS – 232 là chuẩn RS – 422A Chuẩn này sử dụng việc truyền dữ liệu sai lệch trên những đường truyền cân bằng Một dữ liệu sai lệch cần 2 dây, một cho dữ liệu không đảo và một cho dữ liệu đảo Dữ liệu được truyền trên đường dây cân bằng thường là cáp đôi dây xoắn với 1 trở đầu cuối Một IC lái sẽ biến đổi các mức logic thông thường thành 1 cặp tín hiệu sai lệch để truyền Bên nhận

sẽ có một mạch chuyển đổi tín hiệu sai lệch thành các mức logic tương ứng

3.2 Chuẩn truyền dẫn RS – 485.

3.2.1 Đặc tính điện học

Về các đặc tính điện học, RS-485 và RS-422 giống nhau về cơ bản RS-485 cũng sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch đối xứng giữa hai dây dẫn A và B Ngưỡng giới hạn quy định cho VCM đối với RS-485 được nới rộng ra khoảng -7V đến 12V,

cũng như trở kháng đầu vào cho phép lớn gấp ba lần so với RS-422 Các thông số quan trọng được tóm tắt trong bảng 3.2

Điện áp chế độ chung đầu ra Voc Rload = 54Ω -1V 3V

Bảng 3.2: Tóm tắt các thông số quan trọng của RS485

Đặc tính khác nhau cơ bản của RS-485 so với RS-422 là khả năng ghép nối nhiều điểm, vì thế được dùng phổ biến trong các hệ thống bus trường cụ thể, 32 trạm

có thể tham gia ghép nối, được định địa chỉ và giao tiếp đồng thời trong một đoạn

RS-485 mà không cần bộ lặp

Để đạt được điều này, trong một thời điểm chỉ một trạm được phép kiểm soát đường dẫn và phát tín hiệu, vì thế một bộ kích thích đến phải đưa về chế độ trở kháng cao mỗi khi rỗi, tạo điều kiện cho các bộ kích thích ở các trạm khác tham gia Chế độ này được gọi là tri-state Một số vi mạch RS-485 tự động xử lý tình huống này, trong nhiều trường hợp khác việc đó thuộc về trách nhiệm của phần mềm điều khiển truyền thông Trong mạch của bộ kích thích RS-485 có một tín hiệu vào “Enable” được dùng cho mục đích chuyển bộ kích thích và bộ thu RS-485 được biểu diễn trên hình 2.39

RS – 485 Driver RS - Receiver

Hinh 3.3 : Sơ đồ bộ kích thích và bộ thuMặc dù phạm vi làm việc tối đa là từ -6v đến 6v ( trong trường hợp hở mạch), trạng thái logic của tín hiệu chỉ được định nghĩa trong khoảng từ +-1,5V đến +- 5V đối với đầu ra ( bên phát ) và từ +-0.2V đến +-5v đối với đầu vào(bên thu), như được minh họa trên hình 3.4

Hình 3.4 : Quy định trạng thái logic của tín hiệu RS 485

Số trạm tham gia RS-485 cho phép nối mạng 32 tải đơn vị ( unit load,UL) ứng với 32 bộ thu phát hoặc nhiều hơn, tùy theo cách chọn tải cho mỗi thiết bị thành viên Định nghĩa một tải đơn vị được minh họa trên hình 2.41

Hình 3.5 : Định nghĩa một tải đơn vịThông thường, mỗi bộ thu phát được thiết kế tương đương với một tải đơn vị Gần đây cũng có những cố gắng giảm tải xuống còn ½ UL hoặc ¼ UL Tức là tăng trở kháng đầu vào lên 2 hoặc 4 lần, với mục đích tăng số trạm lên 64 hoặc 128 Tuy nhiên, tăng số trạm theo cách này sẽ gắn với việc phải giảm tốc độ truyền thông, vì các trạm

có trở kháng lớn sẽ hoạt động chậm hơn

Giới hạn 32 tải đơn vị xuất phát từ đặc tính kỹ thuật của hệ thống truyền thông nhiều điểm Các tải được mắc song song và vì thế việc tăng tải sẽ làm suy giảm tín hiệu vượt quá mức cho phép Theo quy định chuẩn, một bộ kích thích tín hiệu phải đảm bảo dòng tổng cộng 60mA vừa đủ để cung cấp cho:

Hai trở đầu cuối mắc song song tương ứng tải 60 ôm ( 120 ôm tại mỗi đầu ) với điện áp tối thiểu 1.5V, tạo dòng tương đương với 25mA 32 tải đơn vị mắc song song với dòng 1mA qua mỗi tải( trường hợp xấu nhất ), tạo dòng tương đương với 32mA

3.2.2 Tốc độ truyền tải và chiều dài dây dẫn.

Cũng như RS-422, RS485 cho phép khoảng cách tối đa giữa trạm đầu và trạm cuối trong một đoạn mạng là 1200m, không phụ thuộc vào số trạm tham gia Tốc độ truyền dẫn tối đa có thể lên tới 10Mbit/s, một số hệ thống gần đây có khả năng làm

việc với tốc độ 12Mbit/s Tuy nhiên có sự ràng buộc giữa tốc độ truyền tối đa và độ dài dây dẫn cho phép, tức là một mạng dài 1200m không thể làm việc với tốc độ 10Mbd Quan hệ giữa chúng phụ thuộc nhiều vào chất lượng cáp dẫn được dùng cũng như phụ thuộc vào việc đánh giá chất lượng tín hiệu Một ví dụ đặc trưng được biểu diễn qua đồ thị trên hình 3.6.

Hình 3.6: Quan hệ giữa tốc độ truyền và chiều dài dây dẫn tối đa trong RS –

422/RS – 485 sử dụng đôi dây xoắn AWG 24

Tốc độ truyền tối đa cũng phụ thuộc vào chất lượng cáp mạng, cụ thể là đôi dây xoắn kiểu STP có khả năng chống nhiễu tốt hơn loại UTP và vì thế có thể truyền với tốc độ cao hơn Có thể sử dụng các bộ lặp để tăng cường trạm trong một mạng, cũng như chiều dài dây dẫn lên nhiều lần, đồng thời đảm bảo được chất lượng tín hiệu

3.2.3 Cấu hình mạng

RS-485 là chuẩn duy nhất do EIA đưa ra mà có khả năng truyền thông đa điểm thực sự chỉ dùng một đường dẫn chung duy nhất, được gọi là bus Chính vì vậy mà nó được dùng làm chuẩn cho lớp vật lý ở đa số các hệ thống bus hiện thời Cấu hình phổ biến nhất là sử dụng 2 dây dẫn cho việc truyền tín hiệu như được minh họa trên hình Trong trường hợp này, hệ thống chỉ có thể làm việc với chệ độ 2 chiều gián đoạn ( half-duplex) và các trạm có thể nhận quyền bình đẳng trong việc truy nhập đường dẫn Chú ý rằng đường dẫn được kết thúc bằng hai trở tại hai đầu chứ không được phép ở giữa đường dây Vì mục đích đơn giản, dây đất không được vẽ ở đây, tuy nhiên trong thực tế việc nối dây đất là rất cần thiết

Một mạng RS-485 cũng có thể được nối theo kiểu 4 dây, như hình 2.44 mô tả Một trạm kể cả việc truy nhập đường dẫn Các trạm tớ ( slave) không thể liên hệ trực tiếp mà đều phải qua trạm chủ Trạm chủ phát tín hiệu yêu cầu và các trạm tớ có trách nhiệm đáp ứng Vấn đề kiểm soát thâm nhập đường dẫn ở đây chính là việc khống chế các trạm tớ không trả lời cùng một lúc Với cấu hình này, việc truyền thông có thể thực hiện chế độ hai chiều toàn phần(full-duplex), phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi tốc độ truyền tải thông tin cao, tuy nhiên ở đây phải trả giá cho 2 đường dây bổ sung.

Cáp nối RS-485 không phải là một chuẩn trọn vẹn mà chỉ là một chuẩn về đặc tính điện học, vì vậy không đưa ra các quy định cho cáp nối cũng như các bộ nối Có thể dùng đôi dây xoắn, cáp trơn hoặc các loại cáp khác, tuy nhiên đôi dây xoắn vẫn là loại cáp được sử dụng phổ biến nhất nhờ đặc tính chống tạp nhiễu và xuyên âm

3.2.4 Trở đầu cuối

Do tốc độ truyền thông và chiều dài dây dẫn có thể khác nhau rất nhiều trong các ứng dụng, hầu như tất cả các bus RS-485 đều yêu cầu sử dụng trở đầu cuối tại 2 đầu dây Sử dụng trở đầu cuối có tác dụng chống các hiệu ứng phụ trong truyền dẫn tín hiệu, ví dụ sự phản xạ tín hiêu Trở đầu cuối dùng cho RS-485 có thể từ 100 đến

120 Ω, 1 sai lầm thường gây ra tác hại nghiêm trọng thực tế là dùng trở đầu cuối tại mỗi trạm

3.2.5 Cách lắp đặt RS - 485

Tất cả các thiết bị được nối vào cấu trúc bus tối đa 32 trạm ( Master hay Slave ) có thể được nối vào một Sêmnt ( đoạn) Bus được kết thúc bằng Bus tích cực ( Active Bus Terminator ) ở đầu và cuối mỗi đoạn Để đảm bảo hoạt động không có lỗi thì cả đầu kết thúc Bus luôn được có điện

Trong trường hợp 32 trạm hoặc để mở rộng mạng, người ta sử dụng các Repeater

để liên kết các đoạn Bus riêng lại Chiều dài tối đa của cáp phụ thuộc vào tốc độ truyền: tốc độ càng cao thì chiều dài càng giảm

BAUDRATE MAX SEGMENT

Hình 3.7: Tốc độ truyền và chiều dài cáp truyền RS – 485

v Để tăng chiều dài cáp ta ung bộ Repeater

- Bộ repeater hay gọi bộ tiếp sức có chức năng làm khuếch đại tín hiệu dữ liệu trên cáp LAN Ta cần RS – 485 repeater khi ta muồn gắn hơn 32 nút vào mạng hoặc chiều dài đoạn cho phép được vượt quá Tối đa 9 Repeater có thể đước sử dụng giữa 2 nút bất kì

- Chú ý là việc tăng kích thước mạng bằng Repeater có thể dẫn đến thời gian truyền dài hơn

3.2.6 Các phương thức truyền thông

R2 120 U1

MAX491

2 3 4 5

11 12

9 10

RO RE DE DI

B A

Y Z

R1 120

DATA IN

DATA OUT

Có 3 phương pháp truyền được dùng trong mục đích truyền thông tin: Đơn công, bán song công, và song công Ta sẽ lần lượt khảo sát các phương pháp truyền trên.

v Đơn công:

Đường truyền đơn công có khả năng truyền dữ liệu chỉ theo một hướng Nguyên nhân không phải do tính chất của đường dây đơn giản chỉ vì một đầu cuối chỉ có một máy phát và đầu cuối kia cũng chỉ có một máy thu Cấu hình này ít được sử dụng trong các máy tính vì không có cách nào để máy thu phát tín hiệu nhận biết tới máy phát cho biết thông điệp đã nhận đúng Phát thanh và truyền hình là một trong những thí dụ về đơn công

v Bán song công(Half-duplex Communication):

Đường truyền bán song công có thể phát và nhận dữ liệu theo cả hai hướng không đồng thời Trong suốt một cuộc truyền, một modem là máy phát và modem còn lại sẽ là máy thu Ví dụ như một thiết bị A là máy phát gởi dữ liệu đến thiết bị B là máy thu, sau đó A và B đổi vai trò cho nhau, B là máy phát gởi tín hiệu báo dữ liệu nhận được có lỗi hay không đến máy thu A Nếu không có lỗi thì A và B sẽ lại đổi vai trò cho nhau và A tiếp tục gởi dữ liệu đến máy thu B Nếu máy thu B báo dữ liệu có lỗi thì máy phát A sẽ gởi lại dữ liệu cũ cho đến khi B báo là dữ liệu không có lỗi

Nhược điểm của phương pháp này là thời gian cần để chuyển đường truyền bán song công từ hướng này sang hướng khác có thể dài gấp nhiều lần thời gian truyền một

kí tự Sự chuyển động của xe trên đường ray là một thí dụ về phương pháp này

RE

DE DI

A B

MAX485

1 2

3 4 6

7

RO RE

DE DI A

120

Hình 3.8 : Cấu hình mạng RS 485 hai dây

v Song công ( Full-duplex Communication):

Ngược lại so với truyền bán song công, đường truyền song công có khả năng phát và nhận dữ liệu đồng thời theo cả hai hướng Một cách khái quát, đường truyền song công tương đương với 2 đường truyền đơn công, một đường cho mỗi hướng

Vì hai đường truyền có thể tiến hành song song, một đường cho mỗi hướng, nên truyền song công có thể phát nhiều thông tin hơn truyền bán song công với cùng tốc độ truyền dữ liệu Truyền song công không mất thời gian để thay đổi hướng truyền

9 10

RO RE

DE DI

B A

Y Z

U4 MAX489

120

R3 120 R4

120

U4

MAX489

2 3

4 5

11 12

9 10

RO RE

DE DI

B A

Y Z

CHƯƠNG IV: GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC 18F4524.1 Giới thiệu chung

PIC là một họ vi điều khiển RISC được sản xuất bởi công ty Microchip Technology Dòng PIC đầu tiên là PIC1650 được phát triển bởi Microelectronic Division thuộc General Instrument

PIC viết tắt của Programmable intelligent computer” ( Máy tính khả trình thông minh) là một sản phẩm của hãng General Intrusments đặt cho dòng sản phẩm đầu tiên của họ là PIC1650 Lúc này, Pic1650 được dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoại

vi cho máy chủ 16 bit CP1600, vì vậy người ta cũng gọi PIC với cái tên “Peripheral Interface Controller” (Bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi) CPU1600 là một CPU tốt, nhưng lại kém về các hoạt động xuất nhập, và vì vậy PIC 8-bit được phát triển vào khoảng năm 1975 để hỗ trợ hoạt động xuất nhập cho CP1600 PIC sử dụng microcode đơn giản đặt trong ROM, và mặc dù, cụm từ RISC chưa được sử dụng thời bây giờ, nhưng PIC thực sự là một vi điều khiển với kiến trúc RISC, chạy một lệnh một chu kỳ máy(4 chu kỳ của bộ dao động)

Năm 1985 General Intrusments bán bộ phận vi điện tử của họ, và chủ sở hữu mới hủy bỏ hầu hết các dự án – lúc đó đã quá lỗi thời Tuy nhiên PIC được bổ sung EEPROM để tạo thành 1 bộ điều khiển vào ra khả trình Ngày nay rất nhiều dòng PIC EEPROM để tạo thành 1 bộ điều khiển vào ra khả trình Ngày nay rất nhiều dòng PIC được xuất xưởng với hàng loạt các module ngoại vi tích hợp sẵn ( như USART, PWM, ADC…), với bộ nhớ chương trình từ 512 word đến 32K word

Phân loại PIC theo ký tự:

Ø Nhóm thứ nhất có ký tự C, họ PIC xxCxxx được đưa vào một nhóm, gọi là OTP (One Time Programable) chỉ có thể lập trình một lần duy nhất

Ø Nhóm thứ hai có ký tự F, LF, họ PIC xxFxxx, xxFxxx, gọi là Flash, cho phép ghi/xóa nhiều lần bắng các mạch điện thông thường

Phân loại PIC theo ký số:

Ø Loại thứ nhất là dòng PIC cơ bản (Base-Line), gồm các PIC 12Cxxx, có độ dài lệnh là 12 bit

Ø Loại thứ hai là các dòng PIC 10F, 12F, và 16F, gọi là dòng phổ thông (Mid- Range), có độ dài lệnh là 14 bit

Ø Loại thứ ba là dòng PIC 18F (High-End), có độ dài lệnh là 16 bit

Hình4.1 Sơ đồ chân của PIC 18F452

4.2 Cấu trúc tổng quát PIC18F452

Gồm:

- 8 K Flash ROM

- 368 bytes RAM

- 256 bytes EEPROM

- 5 Port I/O (A, B, C, D, E), ngõ vào/ra với tín hiệu điều khiển độc lập

- 2 bộ định thời 8 bit Timer 0 và Timer 2

- 1 bộ định thời 16 bit Timer 1, có thể hoạt động trong cả chế độ tiết kiệm năng lượng (Sleep Mode) với nguồn xung clock ngoài

- 2 bộ CCP, Capture/Compare/PWM - tạm gọi là: Bắt giữ /So sánh /Điều biến xung

- 1 bộ biến đổi tương tự – số (ADC) 10 bit, 8 ngõ vào

- 2 bộ so sánh tương tự (Comparator)

- 1 bộ định thời giám sát (WDT – Watch Dog Timer)

- 1 cổng song song (Parallel Port) 8 bit với các tín hiệu điều khiển

- 1 cổng nối tiếp (Serial Port)

- 14 nguồn ngắt (Interrupt)

- Chế độ tiết kiệm năng lượng (Sleep Mode)

- Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp ICSPTM (In-Circuit Serial Programing)

- Nguồn dao động lập trình được tạo bằng công nghệ CMOS